专利名称：家用燃气灶具嵌入式控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃气灶具，尤其是家用燃气灶具的智能控制系统。
背景技术：
现有的家用燃气灶无论是开关还是调节火力，多通过手动的机械式控制。而随着电子技术的发展，电子控制的家用燃气灶的出现成为可能。关于智能控制的燃气灶具也有相关的专利公开，比如“全自动燃气灶”CN2108232U、“自动燃气炉”CN2147440Y、“全自动控制燃气灶”CN2132110Y、“自控燃气灶”CN2182935Y、“电脑控制燃气灶”CN02104921.1、“能定时自动打开火的全自动燃气灶”CN87211583U等。这些技术能够在某方面实现家用燃气灶具的一定智能控制(例如定时开关等)，但是在实际应用中技术都还不够成熟，也不能真正实现家用燃气灶具的全面电子式的智能控制。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够实现智能控制的家用燃气灶具的控制系统。
本发明系统包括控制阀系统、操作平台、燃气灶头和单片机控制模块。控制阀系统包括进气电磁阀、燃气控制阀和与燃气控制阀配合连接的步进电机。
所述的燃气控制阀包括阀体和阀芯，阀体内设置有进气通道、出气通道和控制腔；进气通道一端封闭，另一端与控制腔相通，其侧壁开有进气口；出气通道的一端通出阀体外，另一端开口于控制腔的侧壁形成出气口；阀芯为一端封闭、一端开口的中空圆台，置于控制腔内，并与控制腔侧壁紧密配合，阀芯的侧壁沿周向与出气口位置相对应开有调气口；阀芯的封闭端设置有拨针槽，并与步进电机的拨针配合连接，阀芯的开口端与进气通道相通。
所述的进气电磁阀和燃气控制阀之间通过铝压铸件连接在一起，这种连接方式同传统铜管或铝管连接方式相比，具有体积小、密封性好，成本低的优点。
所述步进电机上带有原位触点，用于阀体初始状态检测。
所述的操作平台包括操作面板，面板上设置有指示灯(包括左、右灶头点火指示灯、进气电磁阀吸合指示灯、定时时间显示指示灯、火力大小显示指示灯、工作模式指示灯)、功能键(包括电源控制键、工作模式选择键、点火键、火力或时间显示切换键、火力调节键)和LED数码管。所述的功能键为感应式按键，具体由一片电容式IC(如QT1010，QT1080、TS01、TS02等)或者用一对红外发射接收对管实现。感应式操作面板与单片机控制模块通过排线连接。面板上设置有触摸控制板芯片，该芯片与可以把手感应的模拟信号转变为可靠的数字电平信号，供主芯片分析和运算。该芯片采用现有技术(如TS-08)。
该系统内设置有电源适配器，安装在燃气灶具外部，为交流220V/直流12V电源适配器，通过二芯插头为控制系统提供12V直流电源。
所述的燃气灶头的对应位置上设置有陶瓷点火器，设置在燃气灶内的陶瓷点火器控制器与之连接。
所述的燃气灶头的对应位置上设置有热电偶熄火传感器。当燃气灶头熄火后，可以发送信号给单片机控制模块。
所述的燃气灶头的的对应位置上设置有锅温传感器。使用中与锅底相接触，感应锅底的温度。
陶瓷点火器通电瞬间所需电流高达数安培，而稳态时的电流为2A左右，陶瓷点火器可以采用一只MOSFET功率管控制(如IRF540)等。灶具熄火温度检测可以使用目前灶具上使用的热电偶。锅温传感器可采用铂电阻温度传感器(如Pt100)，或采用NTC热敏电阻(如U0-312)等。这些器件均可在市场上购买取得。
所述的功能键、LED数码管、陶瓷点火器控制器、热电偶熄火传感器、锅温传感器均与单片机控制模块信号连接。单片机控制模块可以对模拟信号(包括温度传感器信号和热电偶信号)采样和分析、对数字信号比较运算、对步进电机和电磁阀的控制。采用成熟的现有技术，例如飞思卡尔MC908GZ32。
本发明以单片机控制模块为核心，由单片机控制模块控制步进电机的旋转角度，再由步进电机带动机械阀体，从而实现灶具进气量或者火力大小的数字化调节，这种灶具控制系统淘汰了传统的机械阀体操作旋钮，采用感应式按键实现对灶具的各种操作，并用LED数码管显示灶具的各种状态、火力大小及时间，实现了家用燃气灶具的电子式智能控制。
图1为本发明实施例的系统结构示意图；图2为图1中燃气控制阀结构示意图；图3为图1中操作平台结构示意图；图4为图1电原理框图。
具体实施例方式
如图1所示，家用燃气灶具嵌入式控制系统包括控制阀系统11、操作平台、燃气灶头15和单片机控制模块19。控制阀系统11包括进气电磁阀10和燃气控制阀12，进气电磁阀10和燃气控制阀12之间通过铝压铸件连接在一起。控制系统内设置有电源适配器13，安装在燃气灶具外部，为交流220V/直流12V电源适配器，通过二芯插头为控制系统提供12V直流电源。燃气灶头15上设置有陶瓷点火器16，陶瓷点火器控制器14与之连接。燃气灶头15上设置有热电偶熄火传感器18。当燃气灶头熄火后，可以发送信号给单片机控制模块19。燃气灶头15的中部设置有锅温传感器17，使用中与锅底相接触，感应锅底的温度。
如图2所示，燃气控制阀12采用旋转阀，包括阀体和阀芯22。阀体内设置有进气通道26、内环出气通道24、外环出气通道29和控制腔25。进气通道26一端封闭，另一端与控制腔25相通，其侧壁开有进气口27。内环出气通道24和外环出气通道29均一端通出阀体外，另一端分别开口于控制腔25的侧壁形成内环出气口和外环出气口。阀芯22为一端封闭、一端开口的中空圆台，置于控制腔25内，并与控制腔25侧壁紧密配合。阀芯22的封闭端设置有拨针槽，与步进电机20的拨针21配合连接，阀芯22的开口端与进气通道26相通。阀芯22的侧壁沿周向与内环出气口和外环出气口相对应位置分别开有六个不同口径的内环调气口28和三个不同口径的外环调气口23。
如图3所示，操作平台包括操作面板，面板上设置有功能键、指示灯和LED数码管。功能键为感应式按键，具体由一片电容式IC实现。感应式操作面板与单片机控制模块通过排线连接。面板上设置有触摸控制板芯片，该芯片与可以把手感应的模拟信号转变为可靠的数字电平信号，供单片机控制模块分析和运算。指示灯包括左、右灶头点火指示灯、进气电磁阀吸合指示灯、定时时间显示指示灯、火力大小显示指示灯、工作模式指示灯。功能键包括电源控制键35、工作模式选择键36、左右点火键32和39、左右火力或时间显示切换键30和31、左右火力或时间操作“+”键33和37、左右火力或时间操作“-”键34和38。
如图4所示，本系统的核心是单片机控制模块，外部电源适配器接上市电后系统开始工作，并处于待机状态，当按下操作面板上“电源”键时，总进气电磁阀吸合，燃气接通，此时按下右“点火”键(或左点火键)，则控制系统开始为燃气点火。本发明没有采用常规的高压脉冲式点火器，而是采用陶瓷点火器，因此工作时没有噪音和电磁干扰，系统可靠性提高。点火8秒后，系统通过热电偶检测火焰温度，如热电偶温度低于设定值，则表明系统点火没有成功，系统再次自动点火，直止三次。三次点火均未成功，则系统开始蜂鸣报警，并在LED数码管上显示报警；如火焰温度高于设定值，则表明系统点火成功，系统开始进入正常烧煮状态。
进入烧煮状态后，操作面板上的数码管显示火力大小(初始为P6)，此时若按下“-”键，则火力减小一级至P5，连续按下“-”键，则火力逐级下降，直止P1级；本系统火力设定为6级，按“+”键火力逐级上升。按下“时间/火力”显示切换键，则数码管开始显示灶具定时时间，操作“+”“-”键可调整定时，直止灶具定时时间至需要值，面板操作结束30秒后，灶具自动开始倒计时操作，定时时间到，灶具自动切断灶头气源并蜂鸣报警。在正常烧煮过程中，若出现水溢出，或燃气气源突然变小，造成灶具意外熄火，则系统通过热电偶温度检测，会立即关闭灶头气源，并同时蜂鸣报警、显示报警值。
在灶具操作面板上设有工作模式选择键，灶具工作模式分为手动、自动烧水、自动烧饭、恒温油炸等功能，前一种由人工完成烹调操作，后三种为自动操作。下面以自动烧水为例来说明灶具自动烧煮功能，当一壶水放在灶头后，按电源键打开总的进气控制电磁阀，然后按点火键，当点火成功后，再按工作模式选择键，选择自动烧水模式，相应的自动烧水模式工作灯亮，灶具开始进入自动烧水过程，先处于最大火力状态，通过锅底温度传感器不断检测锅内温度，当锅内温度逐渐接近沸点时，灶具自动调小火力，至沸点温度时，系统CPU模块发出关闭指令，步进电机带动旋转阀关闭气源。自动烧水、自动烧饭、恒温油炸等功能均采用模糊控制算法，并通过相应的控制程序来实现。
下面结合图4说明本发明的具体硬件实施方案由于灶具工作时其内部温度较高，另外家电产品的可靠性要求极高，因此所有元件均选用工业级以上器件，其中MCU选用汽车级，如选MC68HC908GZ32；感应按键选用电容式方案，电容式的优点价格低，具体实施时采用一片专用IC，如QT1010；火力和时间显示选用4位LED数码管，LED显示的优点是清晰度高，尤其适合老年人使用。电磁阀吸合时所需电流高达数百毫安，MCU难以直接驱动，为此加入一级三极管(如S8050)驱动；考虑到旋转阀所需力矩较大，旋转角控制精度要求较高，为此选用四相八拍控制、12V供电的步进电机，电机工作时的每相脉冲电流也高达数百毫安，并且MCU的供电为5V，因此MCU和步进电机之间也需加一级驱动电路，如选用步进电机驱动专用ICSAA1042，VCN4204B等芯片。12V陶瓷点火器通电瞬间所需电流高达数安培，而稳态时的电流为2A左右，因此，陶瓷点火器的通断较适合用一只MOSFET功率管控制，如选用IRF540等。灶具熄火温度检测仍选用目前灶具上使用的热电偶，而灶具锅底温度检测可选用铂电阻温度传感器，如Pt100，或者用NTC热敏电阻，如U0-312等。
该家用燃气灶具嵌入式控制系统用步进电机带动旋转阀，实现灶具火力大小数字化调节。同时，它具有自动烧煮、烧煮定时、自动点火、灶具熄火保护等功能，使燃气灶具操作更方便，清洗更容易、使用更安全。
权利要求
1.家用燃气灶具嵌入式控制系统，其特征在于该系统包括控制阀系统、操作平台、燃气灶头和单片机控制模块；控制阀系统包括进气电磁阀、燃气控制阀和与燃气控制阀配合连接的步进电机；所述的燃气控制阀包括阀体和阀芯，阀体内设置有进气通道、出气通道和控制腔；进气通道一端封闭，另一端与控制腔相通，其侧壁开有进气口；出气通道的一端通出阀体外，另一端开口于控制腔的侧壁形成出气口；阀芯为一端封闭、一端开口的中空圆台，置于控制腔内，并与控制腔侧壁紧密配合，阀芯的侧壁沿周向与出气口位置相对应开有调气口；阀芯的封闭端设置有拨针槽，并与步进电机的拨针配合连接，阀芯的开口端与进气通道相通；所述的进气电磁阀和燃气控制阀之间通过铝压铸件连接在一起；所述步进电机上带有原位触点，用于阀体初始状态检测；与燃气灶头位置相对应设置有热电偶熄火传感器、锅温传感器和与陶瓷点火器控制器连接的陶瓷点火器；所述的操作平台包括操作面板，面板上设置有指示灯、功能键和LED数码管；所述的功能键、LED数码管、陶瓷点火器控制器、热电偶熄火传感器、锅温传感器均与单片机控制模块信号连接。
2.如权利要求1所述的家用燃气灶具嵌入式控制系统，其特征在于该系统内设置有电源适配器，安装在燃气灶具外部，为交流220V/直流12V电源适配器，通过二芯插头为控制系统提供12V直流电源。
全文摘要
本发明涉及一种家用燃气灶具的智能控制系统。现有的家用燃气灶无论是开关还是调节火力，多通过手动的机械式控制。本发明系统包括控制阀系统、操作平台、燃气灶头和单片机控制模块。控制阀系统包括进气电磁阀、燃气控制阀和与燃气控制阀配合连接的步进电机。所述的操作平台包括操作面板，面板上设置有功能键和LED数码管。燃气灶头上设置有陶瓷点火器和热电偶熄火传感器，中部设置有锅温传感器。功能键、LED数码管、陶瓷点火器控制器、热电偶熄火传感器、锅温传感器均与单片机控制模块信号连接。本发明用步进电机带动旋转阀，实现灶具火力大小数字化调节。同时，它具有自动烧煮、烧煮定时、自动点火、灶具熄火保护等功能，使燃气灶具操作更方便，清洗更容易、使用更安全。
文档编号F24C3/12GK101078529SQ20061005162
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者高明煜, 曾毓, 吕新潮, 张伟国 申请人:杭州电子科技大学, 新昌新涛电气有限公司